淺析井下泥石流的危害和防治

1、目 錄1 前 言22 井下泥石流的形成及影響因素分析321井下泥石流及其特點322地表涇流水和洪水的影響因素分析423地下水的影響因素分析524地表第四系粘土類物質的影響因素分析725泥石流通道的影響因素分析93 泥石流形成的礦山類型和危害1031露天轉井下或地表有積水坑的礦山1032巖溶非常發(fā)育并且溶洞中有大量淤泥充填的礦山1133礦石本身就是含泥土很多的礦山1134地表含有大量的第四系粘土類物質的礦山124 井下泥石流預防和處理1241對地表涇流和洪水進行疏導1242對地下水進行防治1443清理地表第四系粘土類物質1444對露天凹陷坑進行回填1545井下泥石流的防范與處理165 結束語18

2、淺析井下泥石流的危害和防治萬相宗（銅陵縣牛山礦業(yè)有限責任公司）摘要：本文從井下泥石流的成因和特點出發(fā)，指出井下泥石流的產生需要同時具備三個缺一不可要素。通過對形成井下泥石流的各個因素進行分析，結合各種礦山的實際，探討容易形成泥石流的礦山類型和危害。最后提出防治井下泥石流的措施。關鍵詞 井下泥石流 三要素 礦山類型 防治措施1 前 言在諸多的采礦方法中，崩落法采礦方法是一種生產能力大、成本低、適用廣泛并且比較成熟的采礦方法，在全世界各大中小型礦山中被廣泛應用。但是在我國，目前運用崩落采礦法開采的地下礦山還是中小型礦山的開采為主。由于各個礦山的地質條件和開采條件各不相同。分段崩落法便派生出許多分枝

3、，如有底柱、無底柱、小分段等等采礦方法。崩落法是允許地表陷落的采礦方法，開采順序一般是按中段從上而下進行。所以地表不管是山坡地形還是平緩地形，在地表移動帶范圍內都會慢慢陷陷落，最終會形成一個露天凹陷坑（如圖1）。長期實踐表明，地表泥土或水流對井下礦床開采有很大的影響。如果礦體地表含有大量的第四系粘土類物質，地表塌陷后這類物質在雨季可能會直接導致井下泥石流的產生，威脅井下作業(yè)人員的人身和財產安全。為了防止地表泥土和水流在地表陷落時淤積在露天凹陷坑形成槳狀混合物，最終可能形成井下泥石流給井下造成危害。在開采前期，礦山應該對地表移動帶范圍的地表做一些處理，在井下開采的過程中做好針對井下泥石流的各種安

4、全防范措施，可以有效地防止礦山井下泥石流災害的發(fā)生。2 井下泥石流的形成及影響因素分析21井下泥石流及其特點井下泥石流是指在大氣降水或地表涇流水與地表或井下松散的礦、巖、泥土混合后，形成有一定飽和度且具有流動性的礦、巖、泥、水的漿狀或半漿狀混合物。該混合物在沿地下溶巖通道、礦巖通道或大裂隙突然涌出，產生的一種夾帶大量礦、巖、泥等固體物質的特殊流體。井下泥石流的形成必須具備三個條件（三要素）：松散的物源（礦、巖、泥土）、一定量的水源和一條可以讓泥石流通過的通道。井下泥石流具有突發(fā)性、速度快、總土石方量大的特點。如果泥石流發(fā)生時還有大量的水源供給，將形成透水或超級泥石流的災害。22地表涇流水和洪水

5、的影響因素分析根據(jù)井下泥石流的形成的三要素可知，井下泥石流的形成必須有一定量的水的供給。而地表水的直接來源是大氣降水。地球表面每年有577000km3的水通過蒸發(fā)進入大氣，再通過降水返回到地表，大氣降水一部分滲入地下，成為地下水的來源；而另一部分則通過地表涇流匯入江河湖海。在雨季，大面積的地表涇流匯集到一起，將形成洪水，再由洪水匯集引發(fā)洪澇災害。我國的洪災具有如下特點：季節(jié)性、規(guī)律性、普遍性、區(qū)域性、破壞性。洪水所到之處，房屋倒塌，工業(yè)設施受損，人員遭受淹沒之苦，城市積水不退，甚至長至數(shù)月。我國歷史上的特大洪水造成的災難觸目驚心，例如1991年和1998年的特大洪水，受災人口過億，數(shù)十個城市泡

6、在水中，交通癱瘓，供電及電訊中斷，飲用水污染，死亡近千人，直接經(jīng)濟損失數(shù)百億，間接經(jīng)濟損失數(shù)千億。而對于一個運用崩落法開采的礦山而言，地表洪水或涇流水流入陷落區(qū)，與陷落區(qū)內的泥、碎石等一起混合而達到飽和狀態(tài)。如果這時井下作業(yè)又形成了直通地表的潛在通道，這些泥石流混合體的巨大壓力有可能會沖破這個潛在通道的阻力直接涌入井下，給井下帶來泥石流災害（如圖2）。23地下水的影響因素分析地下水主要是大氣降水和地表水的滲入而形成的。地下水通過地下巖溶、裂隙和地下暗河互相溝通，形成地下水系。礦山井下的水泵用電為一級負荷用電，說明地下水對井下作業(yè)環(huán)境的影響是很大的。井下的突發(fā)涌水恰恰是造成井下泥石流和透水事故的

7、罪魁禍首。井下的突發(fā)涌水與地下的水系有關，井下大的溶洞和暗河內可能存在有大量的泥沙。這些泥沙在井下作業(yè)的過程中，可能會因為震動而發(fā)生流動聚集，形成泥石流混合體。如果礦山的礦床水文地質工作做的不詳細，礦床內水系復雜。井下巷道在掘進的過程中如果與這種不明水系溝通，將可能導致突發(fā)涌水或泥石流，而給礦山造成很大的危害。如銅陵某礦業(yè)公司（如圖3）2007年發(fā)生的透水淹井事故，當時井下-260米作業(yè)時，打通了地下河的隔離墻。地下河里的水和泥沙直入井下，水位一直上升至-110m中段以上，將-110m中段的井下高壓變電所淹沒。礦山總投入近千萬，耗時一年多才將井下恢復。井下清淤時遇到有大量的細砂，細砂中有很濃的

8、黃藥味。后來才知道該地下河和離礦山約幾公里遠的某選廠尾砂庫有水力聯(lián)系。在井下采場等作業(yè)地點，在礦體回采時含泥的礦體（如含泥的褐鐵礦體）在雨季會很容易地產生無預兆的滑落。在崩落采礦法下開采這種礦體時，如果采場出現(xiàn)小空區(qū)或將漏斗出空時，這種大面積冒落的礦體會給予采場下部的出礦地點帶來很大的沖擊。當這種含泥的礦體在作業(yè)過程中下落的不可預見性增大時，既不利于采場的頂板管理，也對井下作業(yè)人員存在較大的安全威脅，危害性極大（如圖4）。24地表第四系粘土類物質的影響因素分析如果礦體地表含有大量的第四系粘土類物質，這類物質不經(jīng)過處理，地表塌陷后這類物質在雨季可能會直接導致井下泥石流的產生，威脅井下作業(yè)人員的人

9、身和財產安全。由于崩落法是允許地表陷落的采礦方法，開采順序一般是按中段從上而下進行。在礦體不斷向下開采的過程中，地表巖層的張應力會越來越大。在這種張應力的作用下，地表巖層會被拉斷，形成很多裂縫。地表會慢慢向出礦中心區(qū)域凹陷、坍塌，地表斷裂線上的裂縫會使地表凹陷呈階梯狀分布（如圖5），坑底并可能伴有積水現(xiàn)象。這種凹陷的深度和范圍也會隨著開采深度的增大而越來越大。對地表的露天凹陷坑不進行回填的情況下，在雨天，地表的泥土會隨著雨水流入裂縫，和這些破碎的圍巖混合在一起。在露天凹陷坑相對穩(wěn)定期，這些碎石和泥的混合體慢慢地下沉阻隔地表水的進一步滲入地下，而在露天凹陷坑底部則形成水洼。長時間的穩(wěn)定會使這種水

10、洼下的泥漿隔水層越積越厚，水洼里的水也越來越多。當在露天凹陷坑下的采場進行下一個作業(yè)循環(huán)時，采場內的礦石被開采出來，采場上方覆蓋巖層的下降會破壞露天凹陷坑底部的隔水層，使隔水層出現(xiàn)裂縫。如果這時采場出現(xiàn)一個大的裂縫直通坑底，這些碎石和泥的混合體會跟著水流在頃刻間傾瀉而下，形成泥石流直達采場（如圖6）。在對地表的露天凹陷坑進行回填的情形下，基本上也會出現(xiàn)如上所述的情況。只不過形成的不是水洼，而是飽和的碎石、泥土和水的混合體。這種情況在地表用肉眼看不出來，但是其危害也是不言而喻的（如圖6）。25泥石流通道的影響因素分析泥石流通道是指井下泥石流到達井下巷道和采礦場等作業(yè)場所的通道。它的形成大致有二種

11、原因：第一種原因是地下固有的，如巖溶通道，它是因地下水對巖石的溶蝕作用而產生。如某礦山（圖7），巖溶通道帶來的部分不溶性顆粒物在形成沉積物。在礦山開拓和后期開采的過程中，巷道和采場有可能和這種巖溶通道貫通，形成透水和井下泥石流災害。前面提到的銅陵某礦業(yè)公司2007年發(fā)生的淹井事故就是這種情況。第二種原因是通過井下采礦作業(yè)后形成的礦巖通道或崩落頂板圍巖導致地表塌陷而產生的大裂隙（如圖6）。盡管二種原因都能形成泥石流通道，而且井下泥石流的發(fā)生都與井下作業(yè)活動有關。但是第一種原因形成的泥石流通道造成泥石流災害在很大程度上是因為礦山水文地質工作沒有做細做到位。第二種情況卻是因為礦山井下安全管理工作有關

12、。3 泥石流形成的礦山類型和危害采用崩落采礦法的礦山，井下泥石流的形成大致可分為四種類型：第一種類型是露天轉井下或地表有積水坑的礦山。第二種類型是巖溶非常發(fā)育并且溶洞中有大量淤泥充填的礦山。第三種類型是礦石本身就是含泥土很多的礦山。第四種類型是地表含有大量的第四系粘土類物質礦山。31露天轉井下或地表有積水坑的礦山這一類型的礦山，由于在露天轉井下之前沒有對露天坑進行處理，底部有的形成了水塘，周圍雨水長期流入，導致露天坑底淤積了大量的淤泥。隨著井下開采的深入，泥水會順著大裂隙迅速灌入井下，形成超級泥石流。如2011年7月10，位于山東省濰坊市峽山生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展區(qū)岞山鎮(zhèn)戴家官莊村的正東礦業(yè)有限公司發(fā)生

13、井下透水事故，事發(fā)時水裹挾著石頭、礦渣和大量泥沙涌入礦井，估計有兩三萬立方米，形成了超級泥石流。事故發(fā)生時井下有31人現(xiàn)場作業(yè)，后有7人安全升井，24人遇難。有的礦山對露天坑采用露天剝離的廢石進行了回填處理，沒有清淤，并且回填的廢石中含有大量的泥土。時間長了以后，很細的淤泥慢慢滲入地下，在回填廢石與原露天坑底形成了一個隔水層。這個隔水層會阻止地表水進一步下滲，使回填廢石底部含水長期處于飽和狀態(tài)。一旦井下作業(yè)活動使露天坑底失穩(wěn)或出現(xiàn)泥石流涌入通道，也將會形成井下泥石流。如2012年3月10日銅陵縣聯(lián)鑫礦業(yè)有限責任公司(年產5萬噸，證照齊全)筲箕澇鐵礦井下東3號采場負20米中段平巷回采過程中突發(fā)局

14、部頂板冒落，泥石流堵塞巷道40余米，現(xiàn)場作業(yè)的4名礦工被困。后經(jīng)全力搶險，被困礦工全部獲救。此事件盡管沒有造成人員傷亡，但導致該礦長時間停產，損失嚴重。32巖溶非常發(fā)育并且溶洞中有大量淤泥充填的礦山這一類型的礦山，泥石流出現(xiàn)的機率一般比較小。因為礦山只要做好水文地質工作，對地下水做好有效的管理，并在井下及時發(fā)現(xiàn)有透水征兆時采用 “有疑必探”的井下防排水原則，基本上可以有效地防止泥石流災害的發(fā)生。如前面介紹的銅陵某礦業(yè)公司（如圖3）2007年發(fā)生的透水淹井事故，便是一例。33礦石本身就是含泥土很多的礦山這一類型的礦山在小型礦體中較為多見。如銅陵縣牛山礦業(yè)虎山硫鐵礦3#礦體，礦石為充填型褐鐵礦，含

15、大量的泥土。該礦體是運用自然崩落法采礦方法開采（如圖4、圖6中的情形），泥石流頻發(fā)。所幸該礦管理得當，職工有較強的安全防范意識，泥石流均發(fā)生在可控范圍內，未對井下安全和生產造成大的影響。34地表含有大量的第四系粘土類物質的礦山這一類型的礦山有的在山地之下，也有的就在農田之下。崩落法開采在地表陷落后，會在地表形成一個環(huán)形移動帶，在環(huán)形移動帶內一旦出現(xiàn)大的裂隙或通道，在雨天會地表泥土會隨著涇流涌入井下而形成井下泥石流。崩落采礦法情況下涌入井下的泥石流不僅會對井下造成安全隱患，而且泥石流還會導致采場“包餃子”現(xiàn)象的出現(xiàn)，使井下無礦可出。如銅陵縣包村金礦，2002年5月在井下-64m中段北1號采場，井

16、下崩落礦石時對露天底部巖層造成了破壞，出現(xiàn)了一條大裂隙。露天的碎石和爛泥從這條裂隙涌入1號采場，形成泥石流并覆蓋在礦石之上，直達無底柱出礦的出礦巷道。這之后，出礦巷一邊清理泥石流，一邊采場上方的泥石流不斷補充，最終北1號采場無礦可出而報廢。4 井下泥石流預防和處理綜上所述，井下泥石流的預防和處理工作應從如下幾個方面入手：41對地表涇流和洪水進行疏導在地表陷落區(qū)外圍修筑防洪溝、渠，將地表陷落區(qū)以外的地表涇流水和雨季洪水導出礦區(qū)。金屬非金屬礦山安全規(guī)程（GB16423-2006）中規(guī)定：存在水害的礦山企業(yè)，建設前應進行專門的勘察和防治水設計。水害嚴重的礦山企業(yè)，應成立防治水專門機構，每年雨季前，應

17、由主管礦長組織一次防水檢查，并編制防水計劃。工程應在雨季前竣工。礦井(豎井、斜井、平硐等)井口的標高，應高于當?shù)貧v史最高洪水位1m以上。礦區(qū)及其附近的積水或雨水有可能侵入井下時，應根據(jù)具體情況，采取下列措施： 容易積水的地點，應修筑泄水溝；泄水溝應避開礦層露頭、裂縫和透水巖層；不能修筑溝渠時，可用泥土填平壓實；范圍太大無法填平時，可安裝水泵排水； 礦區(qū)受河流、洪水威脅時，應修筑防水堤壩；河流穿過礦區(qū)的，應采用留保安礦柱或充填法采礦的方法保護河床不塌陷，或將河流改道至開采影響范圍以外； 漏水的溝渠和河流，應及時防水、堵水或改道； 排到地面的井下水及地表集中排水，應引出礦區(qū)； 雨季應設專人檢查礦區(qū)

18、防洪情況； 地面塌陷、裂縫區(qū)的周圍，應設截水溝或擋水圍堤； 不應往塌陷區(qū)引水；有用的鉆孔，應妥善封蓋。報廢的豎井、斜井、探礦井、鉆孔和平硐等，應封閉，并在周圍挖掘排水溝，防止地表水進入地下采區(qū)；影響礦區(qū)安全的落水洞、巖溶漏斗、溶洞等，均應嚴密封閉。42對地下水進行防治地下礦山應該請專業(yè)地質水文單位對礦山地下礦體周邊做好水文地質工作，出具礦山水文地質報告，作為礦山施工期間對地下水進行管理的依據(jù)。礦山要做好水文地質工作，對地下水做好有效的管理。如對地下水文進行監(jiān)測、對近礦體的地下水進行有效地封堵等工作，防止地下水對地下井巷和采場構成威脅。井下透水或產生泥石流之前往往有征兆。井下水災征兆有：巷道邦壁

19、出汗、掛紅；水叫；巷道內起霧，水流突然變渾、增大等。井下泥石流征兆有：出水點水流突然變渾、增大；出水點水流突然變小或斷流；出礦點沒水卻突然上部發(fā)生移動；出礦點沒水卻聽到采場內部有流水聲；迎頭出現(xiàn)水霧、水暈；沒水的地點突然出現(xiàn)大量渾水等。所以地下水豐富的礦山在對井下管理人員和作業(yè)人員進行安全教育時，應該學習有關地下水預防和防治方面的知識，提高職工安全意識，提升職工安全防范技能。使職工在井下管理和作業(yè)的過程中能夠及時的發(fā)現(xiàn)透水征兆，及時采取有效措施予以防治。43清理地表第四系粘土類物質地表第四系粘土類物質能夠在地表塌陷后，細泥質會隨著雨水流向低洼地帶并在低洼地帶匯集，并阻礙雨水進一步滲透。這種隔水

20、作用往往會在露天陷落區(qū)內形成積水坑，從而為井下泥石流的發(fā)生提供物質基礎。清理后的地表第四系粘土類物質堆積物堆積的排土場，應放置在露天移動帶范圍之外，防止泥水向崩落區(qū)匯集。同時還應避開山洪方向，以免淤塞溝渠和河道。44對露天凹陷坑進行回填對于一個礦山來說，地表回填工作是一個十分巨大的的工程。通常情況下礦山在對地表清理后不予以回填，而是在礦山閉坑后對地表陷落坑進行復墾處理。而在一些小型礦山，在礦山開采過程中或之前對地表進行處理，其目的和作用也各有不同：1）用塊石或井下矸石進行回填。這種方法是運用礦山附近剝離的塊石或井下矸石直接對露天陷落區(qū)進行回填，既解決了廢石排放的問題，又可以使雨天雨水可以快速滲

21、入地下，防止坑底積水對井下造成威脅。2）用廢石和剝離土摻石灰等材料，制成三合土后壓實回填。這種方法主要為了阻止雨水入滲，防止含泥礦石受水浸泡而成為礦巖泥飽和體，對井下造成威脅。像前面提到的在雨季很容易地產生無預兆的滑落的含泥礦體，這種含水的礦體在開采時不利于采場的頂板管理，同時也對井下作業(yè)人員存在較大的安全威脅。針對這種礦體，首先應對其礦體內的水進行疏干；其次應阻止露天水份對其進行補充；第三應加強礦體頂板管理，跟蹤監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)隱患并給予及時處理。3）用混凝土做假頂。這種方法也是為了阻止雨水入滲。但是這種方法成本高，主要用于露天轉井下的礦山。在露天底部的假頂上設水泵，排出積水。其目的是為了回收

22、井下高品位的礦石。45井下泥石流的防范與處理451井下泥石流的防范有井下泥石流危害的礦山，應針對井下泥石流的特點，制定井下泥石流災害應急救援預案作為雨季礦山安全的工作重點，加強安全管理，防范井下水災和泥石流災害的發(fā)生：1）加強領導，成立抗洪搶險領導小組，抗洪搶險領導小組成員明確分工。在雨季，實行領導干部24小時值班制度，并特別規(guī)定在大雨暴雨天氣實行井上井下雙值班制度。2）制定一系列規(guī)章制度，達到“凡事有章可循、凡事有人負責、凡事有據(jù)可查、凡事有人監(jiān)督”的標準。平時對礦區(qū)周邊進行全面調查，防止水害侵襲，提高礦井防治水災和泥石流災害的質量和效果。3）加強對礦山管理人員和職工的安全教育，對全礦管理人

23、員和職工進行了雨季“三防”培訓考試，提高礦山職工的安全防范意識；4）雨季未到來之前，組織人員對雨季三防物質儲備情況進行專項檢查，按照“防大洪、抗大汛、搶大險”要求，備足防洪搶險專用物資和器械，及時充實和更新 “三防”使用的各種物資，建立專用臺賬，實行分類掛牌管理，并妥善保管，不得挪用。5）成立搶險救災應急隊伍，開展救災演習，形成救災報告。雨季前組織1-2次抗洪搶險演習，以檢驗隊伍及指揮系統(tǒng)，保證發(fā)生洪澇及泥石流災害時，做到召之即來，來之能戰(zhàn)，戰(zhàn)之能勝。6）完成井上供電系統(tǒng)及入井管、軌防雷接地裝置和避雷裝置，高壓輸電線大修及防排洪水溝清理、防洪擋水墻的維護修建工作。7）安排專門人員對井下各施工現(xiàn)場和水災、泥石流易發(fā)地段進行巡察，發(fā)現(xiàn)征兆及時撤離井下作業(yè)人員。8）雨季前徹底檢修、保養(yǎng)井下水泵，疏通井下所有排水溝，保證水量大時能及時排出地表；9）保證井下所有的安全通道暢通無阻，確保人員、物資能安全撤離和運送。452發(fā)生井下泥石流的應急處理井下泥石流的發(fā)生往往具有突發(fā)性，也是相對而言。事實上，所有崩塌、滑坡、泥石流活動都要經(jīng)歷一個孕育發(fā)生發(fā)展休止的過程，只是時間上有的長、有的短。在孕育階段，都或多或少、或顯或隱地有一些前兆顯示。如果能及時捕捉到這些前兆，就為我們防災、避災贏得了寶貴時間。1）發(fā)生水災和泥石流災害時，除應立即報告上級